Вжурнале "Радио" в 2003 г. была опубликована статья [1] о том, как с помощью компьютерной программы BPF-PP рассчитать полосковый СВЧ фильтр. Радиолюбители, которые ввели ее в свой альбом расчетных программ, могут дополнить ее предлагаемым блоком, который совместно с программой BPF РР позволит не только определить физические размеры элементов конструкции узкополосного фильтра, но и проанализировать его частотные зависимости коэффициентов передачи и отражения.
Для лучшей читаемости результатов расчета они выводятся на экран монитора в виде графиков, по которым легко оценить, какие изменения необходимо внести в исходную информацию. Результаты, полученные с помощью этой программы, позволяют еще до изготовления фильтра лучшим образом выбрать материал для микрополосковой конструкции, а также правильно "вписать" его в устройство, для которого он предназначен.
Первое, что необходимо сделать для того, чтобы программа заработала, - это ввести в начальный блок BPF-PP строку за номером 495, которая дополнит сведения о материале заготовки. Она выглядит следующим образом:
495 INPUT "Тангенс угла потерь диэлектрика подложки tg*е ="; TGD:TGD=TGD/10000.
В дополнительном блоке по расчету характеристик фильтра заложена информация о медной фольге, что для подавляющего числа случаев достаточно, но при необходимости можно внести изменения. Как правило, в справочной литературе приведено значение тангенса угла потерь, для удобства завышенное в 10000 раз, что и учитывает строка 495.
Далее "сшейте" программу BPF-PP и дополнительный программный блок со строки 830 в единое целое. Желательно изменить имя "сшитой" программы, например, на BPF-PPGR, в котором буквы GR напомнят, что она представит и графический материал.
Теперь в качестве примера выполним расчеты фильтра для двух различных фольгированных материалов.
Введем параметры фильтра (десятичные запятые, как это принято, заменены точками):
Порядок фильтра <2-9>? 4
Тип фильтра-? Т
Сопротивление нагрузки RN, Ом? 50
Границы полосы пропускания, ГГц:
Верхняя ? 2.8
Нижняя ? 2.4
Далее программа высвечивает на экране центральную частоту полосы пропускания: F0 = 2.592296 ГГц.
Первый вариант выполнен на основе фольгированного стеклотекстолита с наполнителем из эпоксидной смолы:
Толщина фольги, t, мм ? 0.05
Толщина подложки h, мм ?
Диэлектрическая проницаемость Е? 4.8
Тангенс угла потерь диэлектрика подложки tg*e4=? 250
Программа выполняет расчет на пятидесяти значениях частоты, лежащих внутри полосы пропускания, и на двадцати пяти значениях на каждом скате частотных характеристик, которые предлагает для просмотра сообщением на экране:
Просмотр графиков: Кн - ввести '1'; Км(лог)-'2'; Гвх-'З'.
График Кн отображает частотную характеристику коэффициента передачи по напряжению. Вид его совпадает с тем, что мы привыкли видеть на экране характериографа при использовании детекторной головки с линейной характеристикой. График Км - это логарифмическая зависимость коэффициента передачи мощности от частоты. И последний график - Гвх - отображает коэффициент отражения мощности от входа фильтра. Подобное изображение (как огибающую) можно наблюдать, если подключить фильтр к генератору качающейся частоты (ГКЧ) через рефлектометр.
Если блоки программы "сшиты" правильно, то на экране появятся графики, показанные на рис. 1-3. Они отображают результаты расчета по первому варианту - для стеклотекстолита.
(нажмите для увеличения)
Для второго варианта фильтра - на материале ФЛАН - введем:
Толщина фольги t, мм ? 0.05
Толщина подложки h мм ? 2
Диэлектрическая проницаемость Е? 3.8
Тангенс угла потерь диэлектрика подложки tg*e4=? 12
В результате расчета получим еще три графика - рис. 4-6.
Сравнение соответствующих графиков обоих вариантов ясно показывает что применение фольгированного стеклотекстолита на основе эпоксидной смолы приводит к плохим результатам на этом частотном участке. На более высокой частоте и меньшей ширине полосы пропускания параметры будут еще хуже. Большое затухание сигнала обусловлено низкой добротностью резонаторов фильтра - менее 40 (Q<1/tg6), из-за чего построение фильтра с удовлетворительными характеристиками на этом материале потребует большого труда.
Предлагаемая программа дает минимум того, что необходимо для создания фильтра СВЧ. Тем, кто пожелает ее совершенствовать, можно предложить создать блок, предусматривающий внесение изменений в параметры инверторов JY(k,k+1), например, внесением изменений в значения коэффициентов А(к), А(к+1) и т. д. с целью определения более приемлемых.
Не следует расширять частотную полосу анализа характеристик фильтра, так как эквивалентная модель правдива только в полосе пропускания и небольших прилегающих областях. Также не следует использовать эту программу для частоты более 5...6 ГГц, поскольку ширина микрополосковых резонаторов становится соизмеримой с длиной и увеличиваются погрешности из-за краевого эффекта, которые здесь учтены простейшим образом.
"Сшитая" программа BPF-PPGR
Литература
Автор: О.Солдатов, г.Ташкент, Узбекистан